《传感器与机器视觉》题库及答案
思考与练习题1参考答案
1．想一想手机中都有哪些传感器？它们的被测量和测量原理分别是什么？
手机中有很多创奶器，如：影像传感器：摄像；亮度传感器：亮度检测；
磁阻传感器：数字指南针；声波传感器：麦克风；加速度传感器：角加速度传感器：陀螺仪；温度传感器：过热保护等等。
2．测量误差有几种表示方法？
测量误差可用绝对误差、示值相对误差、引用相对误差及实际相对误差表示
3．传感器的选用原则有哪些？
通常的选择依据是根据测量条件目的和传感器使用环境，判断传感器性能是否满足要求，在满足指标参数要求的情况下，选择成本低廉、工作可靠且容易维修，性价比高的传感器。
4．传感器的命名规则是什么？
根据国家标准GB/T 7666-2005，传感器的命名由主题词（传感器）和四级修饰语组成，第一级修饰语——被测量。第二级修饰语——转换原理，一般可后续以“式”字。第三级修饰语——特征描述：传感器结构、性能、材料特征等，一般可后续以“型”字。第四级修饰语——主要技术指标(量程、精确度、灵敏度等)。
5．传感器静态标定的步骤？
①将传感器的测量范围分成若干个等间距的点；
②根据传感器测量范围分点情况，由小到大等间距递增方式输入相应的标准量，并记
录与各输入值相对应的输出值。
③将输入值从大到小一点点地递减，同时记录与各输入值相对应的输出值。
④按照(2)和(3)步骤，对传感器进行正、反行程往复循环多次测试，将得到的输出/
输入测试数据用表格列出或绘制成曲线。
⑤对测试数据进行必要的整理，根据处理结果就可以计算出传感器的线性度、灵敏度、
滞后和重复性等静态特性指标了。
6．通过查阅资料，说说传感器的发展趋势？
传感器随着智能化、集成化、网络化、虚拟化、微型化等方向发展。
7．通过查阅资料，将课本中图1.12“传感器特性参数表实例”表中未解释的特性参数，逐条解释说明。
参照微课资源《5 如何选择传感器》。
8．有一温度计，它的检测范围为0~200℃，精度为0.5级，求：
① 该表可能出现的最大绝对误差；
② 当示值分别为20℃、100℃时的示值相对误差。
最大绝对误差为：0.5%*200=1℃
示值相对误差分别为：1/20*100%=5%;1/100*100%=1%;
9．被测温度为400℃，现有量程为0~500℃、精度1.5级和量程0~1000℃、精度1.0级的温度仪表各一块，问选用哪一块仪表测量更好？请说明原因。
解：1.5级温度计测量时可能出现的最大绝对误差、测量400℃可能出现的最大示值相对误差分别为
111 1.5%(5000)7.5m m m x A γ∆=⋅=⨯-=℃
117.5100%100% 1.875%400
m x x x γ∆=⨯=⨯= 1.0 级温度计测量时可能出现的最大绝对误差、测量400℃时可能出现的最大示值相对误差为 222 1.0%(10000)10m m m x A γ∆=⋅=⨯-=℃
2210100%100% 2.5%400m x x x γ∆=
⨯=⨯=
因此第1块表更好。 10．某超声波传感器测距离实验中，测得如下表所示的实验数据，请先计算误差，再分析数据的好坏？
可以看出，第一列数据误差极大，为坏值。
11．有台体重计偏轻5斤，一个200斤的胖子称重时的测量误差和一个80斤的瘦子称重时的测量误差，谁的大？为什么？
绝对误差均为-5，一样大。
示值相对误差胖子比瘦子小。
《传感器与机器视觉》 （ISBN ）
思考与练习题2参考答案
【课后习题2】
1．热电偶的测温原理是什么？
热电效应：将两种不同材质的导体或半导体（A和B）首尾相接组成闭合回路，当两个接点温度（T≠T0）不相同时，回路中就会产生一个电动势，称为热电动势，这种现象称为热电效应。
2．热电偶的冷端补偿方法有哪些？
常用的冷端补偿方法有冰浴法、补偿导线法、计算修正法、补偿电桥法、显示仪表机械零位调整法等。
3．热电阻的连接方式有哪几种？分别用在什么场合？
热电阻与测量电路的连接方式有二线制、三线制和四线制。当热电阻传感器与测量回路不太远的情况下，采用二线制连接方式。否则采用三线制或四线制连接方式，其中三线制是电压源供电，四线制是电流源供电。
4．为什么三线制连接方法可以抵消掉导线电阻带来的测量误差？
三线制连接方式是指从热电阻传感器两端引出三根导线并将其接入测量回路中，这三根导线粗细相同，长度相等，阻值都是Rw，连接电路如图2-16（a）所示。其中一根连接到电源上，另外两根分别连接到直流电桥（惠斯特电桥）的相邻两臂中，这样就把连接导线的电阻值加在相邻的两个桥臂中，导线电阻对测量的影响可以相互抵消。等效电路如图2-20（b）所示。
6．与模拟温度传感器相比，数字式温度传感器有哪些特点？
连线少、价格便宜、信号传输距离远、易与可编程设备相连。
7．用镍铬-镍硅热电偶测炉温，当冷端温度为20℃（恒定），测出热端温度为T时热电势为18.05mV，求炉子的真实温度。
解：设炉子真实温度为T，已知冷端温度T0=20℃，且热电偶测得的热电势为
E (T，T0)= E (T，20)= 18.05mV
查附录一K型热电偶分度表：E (20，0)= 0.798mV
手机mv根据中间温度定律：E (T，0)= E (T，20)+ E (20，0)=18.05+0.798=18.848mV
再查K型热电偶分度表可知18.848mV所对应的温度为458℃，因此炉子真实温度为T=458℃。
8．在一个实际的K型热电偶测温系统中，配用K型热电偶温度显示仪表显示被测温度的大小。测温对象是炉膛温度为1000℃的加热炉，设热电偶冷端温度为50℃，显示仪表所在的控制室远离加热炉，室温为20℃。要求分别用普通铜导线和K型热电偶补偿导线将热电偶与显示仪表进行连接，测量结果分别是多少？所测温度数据是否能反映炉膛的真实温度？
用普通铜导线连接时，测量结果是错误的，因为其没有延伸冷端的作用
用补偿导线连接时，测量结果是正确的，炉膛真实温度为1000℃。
9．DS18B20测温范围-55℃~+125℃，精度为±0.5℃，请问最少需要几位二进制表示温度值？
（125-（-55））/0.5=360，因此最少9位，包含512个值，大于360.
10．参照DS18B20图2.23电路图和2.24时序图，编写DS18B20初始化和读写代码。
11．某控制电路需要过流保护，其工作电压为48V、电路正常工作电流为450mA、电路的环境温度为50℃。要求电路中电流为5A时2秒内应把电路中的电流降到500mA以下，请利用互联网到合适的热敏电阻型号。
答案不唯一。符合要求的均可以。
12．分析下图中电路的工作原理，其中RT为热电阻温度传感器。
图中运放构成一个差分放大电路，输出电压等于(U+-U-)*A。因此温度变化时，RT阻值不同，U+与U-的差不同，输出电压也不同。
《传感器与机器视觉》（ISBN）
思考与练习题3参考答案
【课后习题3】
1、电阻应变片和半导体应变片的工作原理有何区别？它们各有何特点？
这是两种不同材料的应变片，工作原理都是应变效应。不同在于前者受力时应变常数会变化，而后者不会。因此前者灵敏度远大于后者，不过前者存在温度偏移。
2、试着画出电阻应变式传感器的几种测量电路？分析各电路的测量灵敏度。
即书中的单臂桥、双臂桥和全桥电路，灵敏度即输出电压公式。
3、因环境温度改变而引起电阻变化的主要因素有哪些？
环境温度改变会引起应变片应变常数的不温度。
4、什么是压电效应？
当外力消失后，又恢复不带电原状；当外力变向，电荷极性随之而变。这种现象称为正压电效应，或简称压电效应。如果在这些电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方向产生机械变形或机械应力。当外电场撒去时，这些变形或应力也随之消失，这种现象称之为逆压电效应，或称之为电致伸缩效应。
5、常用的压电材料有哪些？
目前压电材料可分为三大类：第一类是压电晶体(单晶)，它包括压电石英晶体和其他压电单晶；第二类是压电陶瓷(多晶半导瓷)；第三类是新型压电材料，又可分为压电半导体和有机高分子压电材料两种。
6、常见的电感传感器有哪些类型？
根据转换原理，可将电感式传感器分为自感式、互感式和电涡流式三种。根据结构型式，可将电感式传感器分气隙型和螺管型两种。
7、什么是零点残余电压？主要跟哪些因素相关？
零点残余电压主要是由传感器的两次级绕组的电气参数与几何尺寸不对称，以及磁性材料的非线性等问题引起的。零点残余电压的波形十分复杂，主要由基波和高次谐波组成。基波产生的主要原因是：传感器的两次级绕组的电气参数和几何尺寸不对称，导致它们产生的感应电势的幅值不等、相位不同，
因此不论怎样调整衔铁位置，两线圈中感应电势都不能完全抵消。高次谐波中起主要作用的是三次谐波，产生的原因是由于磁性材料磁化曲线的非线性(磁饱和、磁滞)。零点残余电压一般在几十毫伏以下，在实际使用时，应设法减小x U ，否则将会影响传感器的测量结果。
8、什么是涡电流效应？简述涡流式传感器的工作原理。
涡流式传感器的原理是利用金属体在交变磁场中的涡电流效应。如图3-37所示，一块金属板置于一只线圈的附近。根据法拉第定律，当传感器线圈通以正弦交变电流•1I 时，线圈周围空间必然产生正弦交变磁场•1H ，使置于此磁场中的金属导体中感应涡电流•2I ，•2I 又产生新的交变磁场•2H 。根据楞次定律, •2H 的作用将反抗原磁场•1H ，导致传感器线圈的等效阻抗发生变化。
9、某试件受力后，应变为3102-⨯，已知应变片的灵敏度为2，初始值120Ω，若不计温度的影响，求电阻的变化量R ∆。下图为一直流应变电桥，假设图中i u =4V ，Ω====1204321R R R R ，求
（1）1R 为金属应变片，其余均为外接电阻，当1R 的增量为R ∆=1.2Ω时，电桥的输出电压0u 是多少？Uo=R ∆/(4R)*Ui=1.2/4/120*4=0.01V
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